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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 폐수산자원인 불가사리를 이용한 탈수보조제를 제조하여 하수슬러지 탈수 케이크의 함수율 저감과 동시에 해양생태계 보존에 도움이 되고자 한다.
- 본 연구에서는 기존에 보급되어 있는 Belt press 탈수장치뿐 아니라 Screw decanter 탈수장치에 불가사리 탈수보조제의 적용 타당성을 확인하기 위하여 실험실 규모의 원심분리 장치를 이용하여 탈수성을 평가하였다. 원심분리의 경우 Centrifugal force(G)에 따른 차이를 보이므로 G 값에 따른 탈수능을 비교하여 최적의 조건을 결정하였다.
제안 방법
- 5 MeV의 전자선 가속기 (ELV-4 Model)를 사용하였다.(Fig. 2) 전자선의 투과 깊이를 고려하여 Pyrex 재질의 평판에 대상 슬러지를 5 mm 이하의 두께로 펼쳐 조사하였다. 전자선의 조사선량은 0〜50 kGy 범위에서 조사하였다.
- 105 °C 온도에서 열풍건조 후 분쇄한 50 mesh 이하의 불가사리 분말을 전자선을 조사한 슬러지에 주입하여 변화를 측정하였다. 불가사리 보조제는 소화슬러지의 고형분 함량 대비 75 % 로 주입하였으며 응집공정 후 Belt press 탈수장치와 실험실 규모의 원심분리기를 이용하여 탈수하였다.
- 이용하였다. Type 304B Capillary suction timer (Triton Electronics Ltd., UK)를 이용하여 stainless funnel (L=L8 cm, e=5mm) 에 시료 3 mL 를 주입하여 CST paper (Triton Electronics Ltd., UK)에 흡수되어 측정된 값을 구하였다. CST는 여과지의 일정 거리를 슬러지의 수분이 전파되어지는시간을 측정하는 것으로 CST 값이 낮은 슬러지 일수록 여과성과 탈수성이 우수한 것으로 평가된다.
- 도입하였다. 가압식 탈수장치를 이용한 슬러지 변화 및 탈수케이크의 함수율 변화, 그리고 응집조건의 변화 등을 측정하였으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 이에 본 연구에서는 슬러지에 대한 적 정 전자선 조사선량을 최대 10 kGy 까지로 선정할 수 있었다. 또한 슬러지 파괴의 또다른 척도로 슬러지 여액의 탁도 변화를 측정하였다. 여액의 탁도 역시 전자선 조사선량에 비례하여 증가함을 알 수 있다(Fig.
- 본 연구에서는 하수슬러지의 탈수능을 평가하기 위하여 대상 시료를 채취한 하수처리장에서 사용되어지고 있는 것과 동일한 양이온계 고분자 응집제인 SC-050을 사용하여 응집공정을 거쳐 현재 처리장에 가장 많이 보급되어 있는 Belt press 탈수기를이용하여 슬러지를 탈수하였으며, 탈수보조제의 적용성 확인을 위하여 원심력분리기(Vision, VS-5000N) 를 이용하여 탈수케이크의 함수율을 측정하였다. 함수율의 측정은 Standard method 2540 에 준하여 측정하였다 9).
- 변화를 측정하였다. 불가사리 보조제는 소화슬러지의 고형분 함량 대비 75 % 로 주입하였으며 응집공정 후 Belt press 탈수장치와 실험실 규모의 원심분리기를 이용하여 탈수하였다.
- 세척 후 건조 및 열처리, 분쇄과정을 거친 불가사리 분말을 소화슬러지에 첨가하여 탈수하였다. 불가사리의 완전 건조를 위해 105 °C 온도에서 열풍 건조하여 제조하였다.
- 8 %의 범위였다. 소화슬러지를 이용함에 있어 초기 특성의 변화를 최소화하기 위하여 실험 직전 채취하여 사용하는 것을 원칙으로 진행하였고 실험온도는 상온으로 하였다.
- 소화후 슬러지에 전자선을 조사하여 슬러지 탈수케이크의 함수율 변화를 확인하였다. 전자선을 20 kGy 조사한 후 기계적 탈수공정을 거친 탈수케이크의 경우 전자선을 조사하지 않은 슬러지의 탈수케이크에 비해 약 10 % 의 함수율이 감소됨을 확인할수 있었다(Fig.
- 슬러지 입자의 파괴정도를 확인하기 위하여 COD 를 이용한 DIcod 를 이용하였다⑹
- 원심분리의 경우 Centrifugal force(G)에 따른 차이를 보이므로 G 값에 따른 탈수능을 비교하여 최적의 조건을 결정하였다. Fig.
- 10 에 나타내었다. 응집제로 SC-050 용액을 주입하며 Jar-test 를 이용하여 응집하였다. 전처리를 하지 않은 초기소화슬러지에 비하여 전자선을 조사한 슬러지는 조사량이 증가함에 따라 응집제 투여량도 크게 증가하여 7 kGy 조사하였을 때 플록 형성을 위해 4배이상의 응집제가 소모되었다.
- 슬러지의 파괴는 10 kGy 까지 급격히 진행되어 지며 이후 20 kGy 까지 조사하였을 경우에는 완만한 속도로 파괴가 진행되어 진다. 이에 본 연구에서는 슬러지에 대한 적 정 전자선 조사선량을 최대 10 kGy 까지로 선정할 수 있었다. 또한 슬러지 파괴의 또다른 척도로 슬러지 여액의 탁도 변화를 측정하였다.
- 2) 전자선의 투과 깊이를 고려하여 Pyrex 재질의 평판에 대상 슬러지를 5 mm 이하의 두께로 펼쳐 조사하였다. 전자선의 조사선량은 0〜50 kGy 범위에서 조사하였다.
- A)를 이용하였다. 측정에 사용되어진 슬러 지는 각각 0~30 kGy의 선량으로 조사를 하였으며 100 虬 의 슬러지를 증류수 5 mL에 희석하여 측정에 이용하였다.
- 하수슬러지 탈수성 향상을 위한 전처리 공정으로전자선 조사공정을 이용하고 탈수보조제로서 폐자원인 불가사리 분말을 이용하는 방법을 도입하였다. 가압식 탈수장치를 이용한 슬러지 변화 및 탈수케이크의 함수율 변화, 그리고 응집조건의 변화 등을 측정하였으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 하수슬러지의 탈수능 향상 효과를 알아보기 위하여 D시의 하수종말처리장에서 발생되는 소화슬러지를 대상 시료로 이용하였다. Table 1 에서 나타나는 것과 같이 대상 시료의 고형분 함량 (Total Solids, TS) 은 3.
- 불가사리의 완전 건조를 위해 105 °C 온도에서 열풍 건조하여 제조하였다. 불가사리의 분쇄는 기존에 알려진슬러지 개량제의 최적 입경인 20 - 80 mesh 범위에 속하는 분말로 만들기 위해 분쇄 후 50 mesh로 체가름 하였다&
- 서해안과 남해안 일대에서 불가사리를 수거 하여 불순물 및 염분의 제거를 위해 상수와 증류수를 이용하여 수회 세척 후 건조, 분쇄하여 사용하였다. 불가사리의 기본물성은 Table 2에 요약하였다.
- 전자선조사를 위해 1.5 MeV의 전자선 가속기 (ELV-4 Model)를 사용하였다.(Fig.
- 탈수능 변화를 간접적으로 측정할 수 있는 CST 장치를 이용하였다. Type 304B Capillary suction timer (Triton Electronics Ltd.
이론/모형
- 전자선 조사에 따른 슬러지 표면 전하를 측정하기 위하여 ZetaPlus(Brookhaven Instrument Co., U.S.A)를 이용하였다. 측정에 사용되어진 슬러 지는 각각 0~30 kGy의 선량으로 조사를 하였으며 100 虬 의 슬러지를 증류수 5 mL에 희석하여 측정에 이용하였다.
- 함수율의 측정은 Standard method 2540 에 준하여 측정하였다 9).
성능/효과
- 1) 슬러지에 전자선을 이용한 전처리를 하였을 때 탈수케이크의 함수율을 10 % 감소시킬 수 있다.
- 2) 전자선 조사를 통해 슬러지 파괴효과를 얻을 수있으며 이로 인한 탈수능, 여과능 향상 효과를 기대할 수 있다.
- 3) 전자선 조사 후 불가사리 분말을 첨가하여 탈수 케이크의 함수율을 20 % 이상 감소시킬 수 있으며 감소율은 불가사리 분말의 첨가량이 증가할수록 커진다.
- 4) 불가사리 분말을 첨가함으로 전자선 조사 후 증가되는 응집제 투여 량을 효과적으로 감소시킬 수 있어 공정 및 경제적인 효과를 기대할 수 있다.
- 5) 기존의 가압식 탈수장치인 벨트프레스와 스크류테칸터등의 장치종류와 무관한 전처리 공정으로 적용할 수 있다.
- 6) 추출등을 통한 일부만이 아닌 불가사리 전체를 이용함으로 폐자원인 불가사리의 활용 및 처분범위를 확대할 수 있다.
- 초기 소화슬러지의 CST값은 434초였으나 전자선을 조사함에 따라 감소하여 3, 6, 10 kGy를 조사하였을때 각각 170, 171, 166 초의 값을나타내었다. 이러한 결과로 볼 때 전자선 조사에 의해 슬러지 입자가 잘게 파괴되어 여과능과 탈수능이 향상됨을 알 수 있다.
- 함수율 변화를 확인하였다. 전자선을 20 kGy 조사한 후 기계적 탈수공정을 거친 탈수케이크의 경우 전자선을 조사하지 않은 슬러지의 탈수케이크에 비해 약 10 % 의 함수율이 감소됨을 확인할수 있었다(Fig. 4). 이는 전자선 조사를 통해 슬러지입자가 잘게 부수어 지며 이에 따라 기존의 기계적탈수장치로 제거할 수 없었던 부착수의 일부가 유리되어 얻어진 결과라 사료된다5).
- 응집제로 SC-050 용액을 주입하며 Jar-test 를 이용하여 응집하였다. 전처리를 하지 않은 초기소화슬러지에 비하여 전자선을 조사한 슬러지는 조사량이 증가함에 따라 응집제 투여량도 크게 증가하여 7 kGy 조사하였을 때 플록 형성을 위해 4배이상의 응집제가 소모되었다. 이는 Fig.
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